Считается, что Вилейка появилась около пяти столетий назад, однако археологические находки свидетельствуют о том, что люди основали постоянное поселение недалеко от сегодняшних границ Вилейки намного раньше этой даты. Первые люди на территории современного Вилейского района появились примерно в 9 тысячелетии до нашей эры. Недалеко от деревень Сосенка и Осташково найдены стоянки древних людей и кремневые орудия труда, по которым возраст найденных стоянок относят к 7-5 тысячелетию до нашей эры. Более поздние археологические памятники, относящиеся к эпохе неолита (4-2 тысячелетия до нашей эры), обнаружены возле деревень Камено, Кастыки, Куренец, Нарочь, Рабунь и некоторых других.

Наиболее старые из этих находок принадлежат племенам кундовской культуры, обитавшим в северной части современной территории района примерно до 4 тысячелетия до нашей эры, после чего на их место пришли племена нарвской культуры. Однако уже в 3 тысячелетии до нашей эры их сменили племена культуры гребенчато-ямочной керамики. Позднее, в эпоху бронзы (3-2 тысячелетие до н. э. — VII в. до н. э.), наши земли населяли племена культуры шнуровой керамики, а в раннем железном веке — балтские племена культуры штриховой керамики. Археологических находок на территории Вилейского района, относящихся к бронзовому и железному векам, сделано очень много, в том числе и возле самой Вилейки.

Примерно с середины 1 тысячелетия нашей эры наступила пора банцеровской культуры. Со времен кривичско-дреговичских славян сохранились многочисленные погребальные памятники: на территории Вилейского района насчитывается более 20 курганных могильников IX—XII вв. н. э.

В X—XIII вв. территория современной Вилейщины было пограничной территорией между балтскими племенами и Полоцким княжеством.